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风电轴承:市场规模超300亿,大兆瓦机型逐步实现进口替代

来源: 中国轴承工业协会 作者:不详 日期:2022/9/21 访问:

   1. 装机需求:风电装机量逐季提升,风机轴承市场广阔

    2021年全球风电装机新增94GW,风电下游市场广阔。近年全球风电产业进入快速发展阶段,拉动风电轴承市场规模提升。GWEC调查显示,2021年全球新增风电装机量达 93.6GW/-1.8%,2018-2021年CAGR为22.2%,中国新增风电装机量 55.8GW/-3.46%,新冠疫情和海风退补压力下,风电行业显现强大韧性和上升态势。2021 年风电招标旺盛,全球风 电招标量达88GW/+153%,陆风和海风分别为69GW 和19GW,加快风电配置仍然是众多国家的重要部署战略。

风电轴承:市场规模超300亿,大兆瓦机型逐步实现进口替代

    预计未来5年全球将新增557GW装机量,即每年新增超110GW。据GWEC调查显示,虽然过去2年风电增量处于历史高位,但目前装机增量远不足以实现本世纪末全球升温<1.5℃及 2050年净零排放目标。为实现上述目标,预计未来5年全球新增风电装机量年均超110GW,2030年风电装机量翻4倍。2022年海风装机量将回归正常水平,全球新增海风装机量2022-2026年CAGR 为37.8%,未来5年全球新增海风装机90.6GW,整体装机量占比16.3%。全球和国内风电新增装机容量的稳定增长,将拉动风电轴承需求稳定增长。

    中国是全球最大的风电市场,中国和北美风电增长放缓。2021年中国是全球最大的风电装机市场,整体风电新增装机量为47.6GW/-13%,全球占比51%,补贴滑坡导致风电增长放缓;中国海上风电装机占全球(21.1GW)的80%,赶超英国成为全球海上风电累计装机最多的国家。欧洲新增装机量17.4GW/+18%,全球占比19% ,赶超北美地区(12.7GW/-21%)成为全球第二大风电市场。拉丁美洲、非洲和中东地区的风电装机创下历史新高,分别为6.5GW/+17%和1.8GW/+120%,反映全球市场的强劲增长。

    全球多国积极推出陆风和海风建设规划,政策扶持利好风电增长。2022-2026年风电装机热潮仍将延续,随着中国黑龙江、内蒙古各省陆续出台“十四五”可再生能源发展规划,未来5年中国陆风和海风新增装机将达244GW和47.3GW,海风迈入平价改革时代。全球沿海国家和地区海上资源丰富,发展潜力大,海上风电将是其能源产业的重点之一,是建设海洋强国的重要举措。例如,德国大力发展海上风电,改革气候变化法案,计划2026年起每年风电装机超10GW;美国能源部出台《海上风能战略》延长海风税收抵免,计划到2030年海风装机容量达30GW。

    中国风电装机需求旺盛,2025年新增装机容量有望超过80GW。受益于各省十四五新能源规划,预计2022-25年风电装机继续升温,截至2025年累计风电装机容量达629.7GW。抢装潮后海风进入平价改革时代,海风装机短期滑坡、长期增长,预计2022-2025年新增海风装机量CAGR为30%,截至2025年累计海风装机容量达91.3GW,海风装机量占风电整体装机量达14.5%。

风电轴承:市场规模超300亿,大兆瓦机型逐步实现进口替代

    中国风电招标向好,2022-2025年有望高增。招标一般领先装机约1年,2022Q1全国公开招标量17.6GW/+24%,判断2022、2023年装机量有望超过60GW。

    中国主要省份十四五规划海风装机量达65GW。双碳目标指引下,福建、山东、广东、浙江等沿海省份多省出台“十四五”海风发展规划,加强海上风电政策补贴,着力建设海上风电新能源基地,广东省到2025年底力争达到18GW,在全国率先实现平价并网;江苏省到2025年新增海上风电8GW,新增投资1000亿元海风装机规划。十四五期间海风装机容量合计有望达65GW。

   2. 价值量:大型化下轴承难度更高,单GW价值量有望提升

    轴承在风电机组中价值量占比约10-15%,属于毛利率较高的环节。综合三一重能、运达股份、电气风电、明阳智能公告,我们判断轴承(含主轴、偏航变桨、齿轮箱、发电机四类轴承)价值量占比约10-15%,其中,由于齿轮箱轴承国产化率较低,价值量占比仍较高,国产价格比进口价格低40%,随风电轴承国产化推进,轴承成本占比有望进一步下降。叶片、齿轮箱、主轴、法兰毛利率21%、15%、39%、37%,主轴轴承毛利率达48%,属于毛利率较高的环节,偏航变桨轴承毛利率较低,约22%。

    风机平价加快风电机组大型化,提高整体技术要求。近年国内风电机组招标价格快速下降,3MW机组均价从2021年1月3043元/kW到2021年6月2616元/kW,下降17.3%,从2021年10月2524元/kW到2022年3月2241元/kW,下降11.2%。风机平价推动机组大型化,2020年中国起机组基本皆为2MW以上机型,3MW以上机组装机量占比提高至37.9%。全球新增陆风机组平均功率达到2.9MW,新增海风机组突破6MW。风电机组大型化不但要求风电轴承按比例扩大尺寸,对轴承径向负载、稳定性提出更高的要求。海上风电规划快速增加,对风电轴承耐腐蚀性、密封性带来更大考验。

风电轴承:市场规模超300亿,大兆瓦机型逐步实现进口替代

    预测2026年8MW以上机型占比达45%。根据金风科技出货量变化趋势,2020年3-5MW机型占比11%,2021年占比42%,风机大型化进展十分迅速。假设2021年3MW以下机型占比39%,2025年3MW以下机型停产,2022年8MW以上机型占比10%,2026年8MW以上机型占比达到45%。

    各类轴承单MW价值量随风机大型化增加。风电机内部使用的轴承包括主轴轴承1-2个、偏航轴承1个、变桨轴承3个、发电机轴承1套和齿轮箱轴承1套。据三一重能公告和新强联公告,主轴承、齿轮箱、偏航变桨轴承等单MW价值量随风机功率增加而增加,主要由于大兆瓦风机轴承技术壁垒高,轴承耐损耗性能要求更高。

    海外风电轴承厂商加速并购扩产,研发大兆瓦风电轴承。为应对风机大型化压力,海外轴承厂商正在加速并购和扩产能,研发适应大兆瓦风电机组的轴承工艺。例如,2022年4月SKF最新研发的高耐久性风电齿轮箱轴承,采用量身定制的钢材和热处理工艺优化组合,将轴承寿命提高到行业标准的5倍以上,这对新一代大兆瓦多级风电机组设计至关重要。在6MW风电齿轮箱行星级中,SKF高耐久性齿轮箱轴承尺寸缩小多达25%,可降低打滑擦伤风险,显著减少齿轮箱停机和维护时间,降低风能的能源均等化成本(LCOE)。

    2022年中国风电轴承市场预计超180亿。主机厂商正在加快风机大型化和海上风电规划,我们假设:1)据三一重能招股书、新强联公告,2021年主轴轴承、偏航变桨轴承、齿轮箱轴承、发电机轴承加权均价分别是8.1万元/MW、11.2万元/MW、9.9万元/MW、2.3万元/MW;2)量产技术成熟带来的规模优势下,单位容量风电轴承价格年降5%。基于此,我们预计2022年中国风电轴承市场规模超180亿,2021-25年CAGR为15.2%。

风电轴承:市场规模超300亿,大兆瓦机型逐步实现进口替代

   3. 竞争格局:大兆瓦轴承为海外厂商垄断,国产轴承正在崛起

    风电整机厂商有直驱、半直驱和双馈3条技术路线。直驱风机不使用齿轮箱,采用永磁发电机。直驱路线原是国际公认最可靠的路线,近年由于永磁材料价格大幅上涨超10倍,直驱机型成本比双馈机型成本高5%~10%。受制于双馈风机齿轮箱的国产化难度,国内部分风电厂商(如金风科技)正在考虑采取降本增效措施,从直驱向半直驱风机转型,即采用介于直驱和双馈之间、仅有低速齿轮的机型。

    风电轴承是风机所有运动部位的枢纽结构件,技术壁垒高。苛刻的载荷和恶劣的运行条件下,风电轴承需要承受的温度、湿度和载荷变化范围很大,是风电机组中的薄弱环节。风电轴承对于轴承的精度保持性、性能稳定性、寿命和可靠性要求高。在风机大型化背景下,风机轴承是少有的单位价值量提升的零部件。

    风电轴承分为4类应用类型,大型化推动滚子轴承逐步取代球轴承。风电机组涵盖1套主轴轴承、1个偏航轴承和3个变桨轴承、1套发电机轴承、1套齿轮箱轴承。双馈风机、半直驱风机有齿轮箱轴承,直驱电机发动机有多级变速功能,无需齿轮箱。偏航变桨轴承在4MW以下小型机组以球轴承为主,5MW以上独立变桨轴承以三排圆柱轴承为主。由于滚子轴承受力优越、体积小、重量轻,圆锥、圆柱滚子轴承未来会占据主导,除偏航轴承外,其余部位将逐渐被滚子轴承取代。

风电轴承:市场规模超300亿,大兆瓦机型逐步实现进口替代

    全球风电轴承市场集中,为海外轴承厂垄断。风电轴承是我国风机完全国产化的最后一环,我国高端市场被瑞典SKF、德国舍弗勒、日本NTN、 日本KOYO、美国Timken等海外轴承厂上垄断,2019年德国舍弗勒、 瑞典SKF、日本NTN 的全球市占率分别达29%、24%、12%,市场竞争格局集中。国产轴承厂仅瓦轴、洛轴合计市占率8%。

    风电轴承国产化率低,国产厂商进口替代空间较大。由于我国轴承行业与国际企业存在技术差距,我国需进口大量高端轴承,轴承零部件国产化率低。据中轴协统计,2020年全国风电机组装机20401台,共需配套轴承 479424 套,天马、洛轴、新强联等国内轴承企业共产销风电轴承77975套,占比 16.3%,海外轴承供应商占比83.7%。风电轴承国内供需差距大,国产轴承多为变桨轴承,价值量较低,主轴轴承、齿轮箱、发电机轴承几乎全部依赖进口,国内企业只有瓦轴批量供应少量齿轮箱轴承,风机平价背景下风机厂商降本意愿强烈,国产替代需求旺盛。

    海外厂商先发优势明显,轴承企业具备订单示范效应。海外厂商在轴承零配件的加工与检测、高端冶金技术、热处理工艺等具备数十年技术积累,如SKF、舍弗勒等,供货经验较为丰富,目前大功率机型的主轴轴承几乎被海外品牌垄断。我国轴承生产制造设备和产品质量相对落后,未来主机厂的技术扶持对轴承厂商进口替代非常重要。一旦轴承厂商大规模供前三家风电主机厂,则更容易拿到其他主机厂订单,发挥订单示范效应。

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